基于運籌學(xué)運輸問(wèn)題模型的電煤采購決策論文

　　摘要：電煤采購決策是發(fā)電行業(yè)管理決策的重要組成部分。將運籌學(xué)范疇的運輸問(wèn)題模型引入決策，對模型建立、預處理、求解等步驟進(jìn)行了研究。探討了在不同目標函數和約束條件下的模型改進(jìn)方法，形成了一套具備普適性的采購決策輔助手段。實(shí)踐表明：模型求解快速、準確，獨立性好，數據來(lái)源可選空間廣。無(wú)論借助于成熟工具，還是內置于管理決策支持系統（DSS）中作為模塊，均可協(xié)助相關(guān)企業(yè)實(shí)現成本優(yōu)化、利潤提高等目標。

　　關(guān)鍵詞：電煤；采購；決策；運籌學(xué)；線(xiàn)性規劃；非線(xiàn)性規劃

　　燃煤火力發(fā)電是我國的主要發(fā)電方式。燃煤機組（其中所用的煤被稱(chēng)為電煤）占我國各類(lèi)發(fā)電裝機總容量的70%以上，而煤炭成本又占燃煤發(fā)電企業(yè)全部成本的60%～80%，因此國內各大發(fā)電集團十分重視管理工作，先后建立了覆蓋煤炭采購、驗收、存儲、耗用、結算、成本核算等關(guān)鍵環(huán)節的燃料管理信息系統。

　　隨著(zhù)管理精益化水平的提高，系統從最初的業(yè)務(wù)流程審批運轉逐步向更高級的信息管理決策支持演進(jìn)，占企業(yè)成本最大的煤炭采購環(huán)節越來(lái)越成為輔助決策的熱門(mén)研究課題。

　　筆者立足于所從事的發(fā)電企業(yè)燃料管理工作，并參與的燃料管理信息系統研發(fā)，本文從采購決策一般原則入手，基于運籌學(xué)中的運輸問(wèn)題模型，引入一種適用性廣泛的混合模型作為采購決策的輔助工具。

　　1采購計劃制定與決策建模

　　1.1計劃制定

　　國內大型發(fā)電集團的煤炭采購合同大致分為兩種：一種是與大型煤炭企業(yè)簽訂的年度長(cháng)協(xié)合同，年初確定數量，價(jià)格固定或隨價(jià)格指數調整；另一種是與中小供應商簽訂的市場(chǎng)采購合同，一般是一月一簽，價(jià)格隨行就市。

　　發(fā)電集團每月編制采購計劃，根據各電廠(chǎng)發(fā)電量計劃、煤炭庫存、當月可供應量等因素確定市場(chǎng)采購來(lái)源和數量。由于不同煤礦的煤炭品種、價(jià)格不一，運輸方式和運距差異較大，每組煤礦、電廠(chǎng)組合（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“供需組合”）的采購成本也各不相同，因此需要調整每組供需組合的供應量，尋找最優(yōu)采購方案，盡可能降低整個(gè)集團的總采購成本。年度合同在每個(gè)月的發(fā)運量一般可由合同雙方協(xié)商調整，因此也經(jīng)常參與優(yōu)化。

　　1.2建模支撐決策

　　依照采購計劃尋找最優(yōu)方案的過(guò)程就是電煤采購決策。這一過(guò)程不能僅靠經(jīng)驗，而須輔以科學(xué)手段——建模方法。模型主要有兩種基本類(lèi)型，本質(zhì)區別在于約束條件不同。

　　一類(lèi)是以摻配為約束，以成本最低為目標。約束條件是每個(gè)電廠(chǎng)（機組）對煤炭質(zhì)量指標的要求，主要用于電廠(chǎng)煤炭摻配摻燒的指導。這類(lèi)模型的缺點(diǎn)有三方面：一是未把不同供需組合的成本差異考慮在內，二是可能沒(méi)有可行解，三是約束方程組中涉及加權平均運算，系非線(xiàn)性規劃，計算量大，所以更多用于單一電廠(chǎng)的決策。另一類(lèi)是以供需為約束，以成本最低為目標。約束條件是滿(mǎn)足各電廠(chǎng)需求，并且不突破每個(gè)煤礦的供應能力。適用于所屬電廠(chǎng)數量多、煤炭來(lái)源廣泛的大型發(fā)電集團決策，可以參照運籌學(xué)的運輸問(wèn)題進(jìn)行建模。

　　2基于運輸問(wèn)題模型的采購決策

　　2.1模型建立

　　運輸問(wèn)題是運籌學(xué)范疇的物資調撥及與其相似的一類(lèi)問(wèn)題，一般采用線(xiàn)性規劃方法求解，雖然決策變量多，但約束方程組形式簡(jiǎn)單。將其應用到上述介紹的電煤采購決策，可建立模型。

　　模型表述：某發(fā)電集團可從m個(gè)煤礦采購煤炭，管理n個(gè)燃煤電廠(chǎng)；ai為第i個(gè)煤礦的最大供應能力，bj為第j個(gè)電廠(chǎng)的需求量（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n；（i，j）代表一對供需組合）；從第i個(gè)煤礦到第j個(gè)電廠(chǎng)的采購成本為cij，且所有采購成本已知；

　　2.2模型數據預處理

　　模型數據來(lái)源于企業(yè)管理信息系統或電子表格，使用前需進(jìn)行以下預處理：

　�。�1）電廠(chǎng)、煤礦的概念界定。電廠(chǎng)是指在一定范圍內進(jìn)行煤炭采購的燃煤發(fā)電廠(chǎng)，不包括完全坑口電廠(chǎng)和一些矸石電廠(chǎng)，因為其煤炭來(lái)源十分固定，一般無(wú)需調整進(jìn)煤結構。煤礦可以是生產(chǎn)煤炭的礦井、集團公司，也可以是從事煤炭貿易的中間商。在現實(shí)情形下，一個(gè)煤礦可以提供多個(gè)煤種（或品種）的煤炭，一個(gè)電廠(chǎng)也可能需要不同煤種（或品種）的煤炭，供不同機組直接使用或摻配后使用。這種情況下，僅需將一個(gè)煤礦可供應的煤炭（或電廠(chǎng)需求的煤炭）大致分類(lèi)，在模型中使用多個(gè)煤礦（或多個(gè)電廠(chǎng)）代表不同類(lèi)別的煤炭供應（或需求）；

　�。�2）若要避免將不符合電廠(chǎng)要求的煤種（或品種）配置給電廠(chǎng)，僅需將相應煤礦供應該電廠(chǎng)的采購成本設為一個(gè)較大數值[1]88；

　�。�3）模型中的xij、ai、bj統一使用標煤量，cij使用標煤?jiǎn)蝺r(jià)。煤炭是非標準化的大宗物資，即使是同一煤礦的同一品種，也存在發(fā)熱量的差異。因此供應量、采購成本統一折算為標準煤（7000大卡/千克）下的數量和成本；

　�。�4）確定采購成本cij。根據文獻[2]第二章第五條，模型所涵蓋的采購成本包括：

　�、俨少弮r(jià)款。指電廠(chǎng)采購煤炭發(fā)票賬單上列明的價(jià)款，一般指車(chē)板價(jià)；

　�、谶\費。指自電煤合同發(fā)站運至電廠(chǎng)到達站（或碼頭）前所發(fā)生的支出；

　�、壑修D場(chǎng)所雜費。使用中轉場(chǎng)所發(fā)生的費用；

　�、苓\輸損耗。按國家或合同約定，由電廠(chǎng)所承擔的運輸過(guò)程中數量、發(fā)熱量的損失。

　　為不干擾決策，應剔除與進(jìn)煤數量無(wú)關(guān)的電廠(chǎng)側固定費用（FC），如：包干給鐵路部門(mén)的服務(wù)費、專(zhuān)用線(xiàn)維護費用等。這是與企業(yè)會(huì )計成本核算范疇下的采購成本有明顯區別之處。為剔除各環(huán)節費用、稅率差異的影響，電廠(chǎng)可進(jìn)行增值稅抵扣，采購成本應還原至不含增值稅的狀態(tài)。如：若電廠(chǎng)與煤礦實(shí)行的是到廠(chǎng)一票結算（結算的煤炭?jì)r(jià)格是在電廠(chǎng)交貨時(shí)的價(jià)格，包含17%的增值稅），直接從結算價(jià)格中減去增值稅即可；如果實(shí)行的是兩票或多票結算（煤款發(fā)票上所列的價(jià)格是在煤礦或其他場(chǎng)所交貨的價(jià)格，后續運輸環(huán)節的費用單獨開(kāi)發(fā)票結算），則需分別減去每一環(huán)節的增值稅（交通運輸業(yè)的增值稅率為11%，物流輔助服務(wù)為6%），然后再相加。具體有兩部分：①對于以往月份已向該電廠(chǎng)供煤的煤礦。建議以電廠(chǎng)核算的該煤礦以往月份的入廠(chǎng)標煤?jiǎn)蝺r(jià)為基礎，根據煤炭市場(chǎng)或合同約定，預測當月的入廠(chǎng)標煤?jiǎn)蝺r(jià)，然后剔除電廠(chǎng)側固定費用，并還原至不含稅的狀態(tài)；

　�、趯τ谝酝�月份沒(méi)有供煤，或供煤時(shí)間久遠，不具參考性的煤礦�？梢砸栽撁旱V供應電廠(chǎng)周邊其他單位的到廠(chǎng)價(jià)格為依據進(jìn)行測算，或以該煤礦的出礦價(jià)加上運輸費用和運輸損耗測算。這時(shí)應注意把運輸費用按照不同的增值稅率還原至不含稅的狀態(tài)，再與不含稅的出礦價(jià)相加，得到“采購成本”。

　　2.3模型求解

　　盡管運輸問(wèn)題模型結構簡(jiǎn)單，可用表上作業(yè)法求解，然而大型發(fā)電企業(yè)通常擁有數十座燃煤電廠(chǎng)，有眾多煤炭供應商可供選擇，導致運算量龐大（約束方程有m+n個(gè)，決策變量有m×n個(gè)），故利用工具求解更為適合。較常用的工具包括Excel、WinQSB、MATLAB、Lingo等。MATLAB和Lingo等工具功能豐富，支持非線(xiàn)性規劃，腳本語(yǔ)言靈活簡(jiǎn)便，適合根據企業(yè)需求開(kāi)發(fā)工具包[3，4]。然而限于篇幅，僅以Excel為例進(jìn)行說(shuō)明[5]172，步驟如下：

　�。�1）將采購成本導出為一m行n列的表格（對應矩陣C）；

　�。�2）準備一m行n列的區域放置決策變量表（對應矩陣X，暫時(shí)空白）。在X的右側對每一行求和（各煤礦的供應量），在X的下側對每一列求和（各電廠(chǎng)的采購量）。再導入煤礦供應能力，放在每行之和的右側，導入電廠(chǎng)需求量，放在每列之和的下側；

　�。�3）在某單元格中定義目標函數Z為矩陣C與矩陣X的內積。

　�。�4）使用Excel的規劃求解功能進(jìn)行求解，目標函數、約束條件等見(jiàn)2.1節；

　�。�5）開(kāi)始求解，得到Z的最小值，以及對應的決策變量X的取值。若有必要，檢查和調整結果。

　　2.4模型及電煤應用案例

　　以一個(gè)5煤礦4電廠(chǎng)模型為例，求解前的數據準備如圖1所示。其中給出了計算公式，計算前對應單元格均為空白。由于第5煤礦的煤炭不符合第4電廠(chǎng)的要求，所以將這一對采購成本設為一較大數值（99999）。

　　使用Excel的規劃求解功能設置求解參數，如圖2所示。

　　求解后，得到整個(gè)集團的最低采購成本約為7.47億元，采購結構如表2所示。

　　無(wú)論采用何種規劃求解工具，均需預先構造采購成本矩陣C。在企業(yè)信息系統的關(guān)系型數據庫或電子表格中，電廠(chǎng)、供應商、采購成本多在同一行或同一列，與矩陣C的結構不同，所以通常編寫(xiě)程序，從數據庫導出數據或從電子表格提取數據。在Excel中，也可先按照“電廠(chǎng)”一列進(jìn)行分類(lèi)匯總，然后從每個(gè)電廠(chǎng)的“采購成本”列中復制，逐列填入矩陣C。

　　3模型完善構想

　　使用工具進(jìn)行規劃求解后，可以根據具體需要，迭代改進(jìn)約束條件和目標函數，構建更符合企業(yè)實(shí)際情況和階段經(jīng)營(yíng)目標的模型。譬如：為部分電廠(chǎng)加入2.1節中所提到的摻配摻燒約束條件，在控制計算復雜度的同時(shí)，也滿(mǎn)足部分電廠(chǎng)的摻配需求，或為電廠(chǎng)對某個(gè)煤礦的采購數量增加上限或下限。

　　當煤礦的最大供應能力無(wú)法滿(mǎn)足全部電廠(chǎng)需求，或煤價(jià)上漲推動(dòng)采購成本上升，造成可經(jīng)濟采購的資源量不足時(shí)，“每個(gè)電廠(chǎng)的需求恰好得到滿(mǎn)足”這一前提不再成立，這時(shí)需要對模型進(jìn)行較大改進(jìn)：

　�。�1）約束條件。應把每個(gè)電廠(chǎng)的總采購量等于需求量的約束條件完全去掉，或僅約束采購量的取值區間。與電廠(chǎng)溝通，盡量去掉不必要的其他約束條件；

　�。�2）目標函數。由于煤炭資源稀缺，故需在電廠(chǎng)間分配有限資源，分配目標應是發(fā)電集團利潤最大化。這時(shí)既要考慮采購成本，又要考慮每個(gè)電廠(chǎng)的收益能力差異（由發(fā)電機組煤耗、上網(wǎng)電價(jià)等因素所決定）。目標函數改進(jìn)為：

　　其中，pj是第j個(gè)電廠(chǎng)使用每一單位數量的標準煤可帶來(lái)的邊際收益；pj-cij是第j個(gè)電廠(chǎng)從第i個(gè)煤礦采購每一單位數量的標準煤可帶來(lái)的邊際貢獻。

　　如果各電廠(chǎng)股權結構不同，為了使歸屬于發(fā)電集團的利潤最大化，目標函數改進(jìn)為：

　　其中，tj是發(fā)電集團在第j個(gè)電廠(chǎng)的股權比例（0≤tj≤1）。

　　4結束語(yǔ)

　　電煤采購決策服從資源稀缺、需求保障、摻配摻燒等約束條件，以成本最低、集團利潤最大等作為優(yōu)化目標。本文提出的模型可通過(guò)調整約束條件和目標函數滿(mǎn)足多種實(shí)際情況，體現出很強的靈活性，而且可借助成熟的線(xiàn)性或非線(xiàn)性規劃工具，求解過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，是輔助決策的有效手段。管理決策支持系統（DSS）的開(kāi)發(fā)者可以將模型內置到系統的電煤采購決策模塊中，按照預定規則，從管理信息系統中提取數據，并提供各種約束條件、目標函數供管理者選擇。這種敏感性較強的分析功能，進(jìn)一步減輕了數據準備、模型設計、結果分析的工作量。

【基于運籌學(xué)運輸問(wèn)題模型的電煤采購決策論文】相關(guān)文章：

運籌學(xué)運輸問(wèn)題的教學(xué)方法探討論文12-19

模糊不對稱(chēng)信息決策模型與分析論文提綱11-18

基于智能優(yōu)化算法的Wiener模型辨識論文提綱12-05

探討水利施工的運輸問(wèn)題論文03-01

音樂(lè )表演存在的心理問(wèn)題與解決策略論文03-13

高職院校教學(xué)管理問(wèn)題及解決策略論文02-27

小學(xué)口算教學(xué)中存在的問(wèn)題及解決策略探析論文06-01

基于問(wèn)題導引的探究式教學(xué)研究論文02-20

基于網(wǎng)絡(luò )中ARP問(wèn)題的分析及對策論文03-02

企業(yè)資本結構與融資決策問(wèn)題研究論文文獻12-08